View
9
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Disturbance a dynamika lesních ekosystémů
RozjezdPavel Šamonil
Disturbance
Pavel Šamonil, Odbor ekologie lesa VÚKOZ, v.v.i., Lidická 25/27, 7. patropavel.samonil@vukoz.cz
Katedra botaniky, dendrologie a geobiocenologie LDF Mendelova univerzita
Seznámení, Odkud přicházíme? Tykání/vykání Struktura předmětu Studijní materiály Průběh přednášek Ukončení předmětu Docházka Terénní výjezd Bakalářky/diplomky/disertace Závěrečná anketa
Struktura dnešní přednášky
Koncept předmětu Co jsou disturbance Limity vědy Limity pralesních dat Význam disturbancí v dynamice lesa Disturbanční terminologie
Případové vědecké studie Odboru ekologie lesa VÚKOZ
Kdo jsou Blue Cats?
Dušan Adam, Libor Hort, David Janík, Kamil Král, Pavel Šamonil, Pavel Unar, Tomáš Vrška,
Petra Doleželová, Ivana Vašíčková, Jan Trochta, Pavel Daněk, Jakub Kašpar, Tomáš Přívětivý
Blu
e Ca
tres
earc
h te
am
+ studenti,bez nich by to nešlo
Sběrači a lovci dat
Sylabus
1. Vymezení tématu, přehled problematikyÚvod, terminologie, subjektivita/objektivita vědy, limity výzkumu přirozených lesů, vlastnosti disturbancí
2. Disturbanční faktory v temperátních lesícha. Extrémní klimatické jevy, klimatická změna, kvartérní klimaticko-sedimentační cyklus, člověkb. Oheň, vítrc. Biologičtí činitelé, další disturbanční faktory (laviny, povodně aj.)
3. Metody studia dynamiky lesních ekosystémůa. Koncepty dynamiky ekosystémůb. Datování disturbančních událostí – paleobotanika, 14C, 210Pb, dendrometrie, letecké snímky Dendrochronologie a dendrogeomorfologie
4. Dynamika jiných lesních biomůSpecifika boreálních, mediteránních aj. lesů
5. Evoluce lesních půda. Půdotvorné faktory, zákonitosti pedogeneze; paměť a endemismus půd; půdní komplexy;
recentní, reliktní, fosilní, subfosilní, harmonické půdy; polygenetický a polycyklický vývoj půd b. Vliv vývratů a dalších biomechanických vlivů stromů na pedogenezic. Vliv vývratů na variabilitu půd, teorie evoluce půd
6. Disturbance napříč složkami ekosystémuInterakce stromy--půdní prostředí--další složky lesa
7. Disturbance a lidská společnostLesní hospodářství, ochrana přírody, disturbance vs. biodiverzita, variabilita, stabilita,
produkce, materiální a duchovní význam disturbancí pro společnost
http://www.pralesy.cz
Heslo:
Studijní materiály
Studijní materiály: prezentace, články, knihy, dílčí skripta
Kimmins (1989) Perry et al. (2008) Peterken (1996) Oliver and Larson (1990)
Wirth et al. (2009)Pretzsch (2009)
Moone et Godron (1983) Pickett et White (1985) Freelich (2002) Walker (2005)
Schelhaas (2008)Johnson et Miyanishi (2009)
ŠkodaKalamitaZničení Smrt Běs HrůzaNarušení Apokalypsa Konec světa Boží trestPanečku týýý joKryndajanáWow...??
Jaký je český ekvivalent slova
disturbance?
?Pozn. ochrana přírody vs. lesnické hospodaření
Termín disturbance v kategorii topic na WoS
020000400006000080000100000120000140000160000180000
Frekvence (počty odkazů)
Perioda
Pozn.: globální změna klimatu
Co je WoS?
Přednášky postavené na vědeckých studiích
± vědeckého přístupu
Výsledky vědeckého výzkumu
Jsou objektivní a pravdivé. ANO NE
Výsledky vědeckého výzkumu
Jsou objektivní a pravdivé. ANO NE
Vědě se nedá nikdy věřit. Největší lež je statistika.ANO NE
Výsledky vědeckého výzkumu
Jsou objektivní a pravdivé. ANO NE
Vědě se nedá nikdy věřit. Největší lež je statistika.ANO NE
Jsou odhadem skutečnosti s určitou mírou pravděpodobnostiANO NE
Výsledky vědeckého výzkumu
Jsou objektivní a pravdivé. ANO NE
Vědě se nedá nikdy věřit. Největší lež je statistika.ANO NE
Jsou odhadem skutečnosti s určitou mírou pravděpodobnostiANO NE
Jsou odhadem skutečnosti s určitou mírou pravděpodobnosti, a platí-li předpoklady ANO NE
…
Věda vs. náboženstvíNejsou jednoznačné pravdy, nejsou dogmata
Předpoklady ovlivňují výsledek
Stadia vývoje lesa
timbe
r vol
ume
m3
1000
500
250
0
750
0 200 300 400 years
100
1st cycle
2nd cycle
3rd cycle
time
Stadium rozpadu
Stadium dorůstání
Stadium optima
Stadium rozpadu
Stadium dorůstání
(Korpel 1978,1995)
0
25
50Mezery
Stadia vývoje lesa v Žofínském pralese
Král et al. (2010)
Důkaz historické dominance smrku na
Vysočině?
vs.
Důkaz historické přítomnosti smrku?
Limity vědeckého přístupu
Objektivní část vědy
Subjektivní část vědy
+ Hierarchie konceptů
Pozn.: prostor mimo vědu
VĚDA
Limity vědeckého přístupu+ Hierarchie konceptů
Oko nevidí samo sebe
Mezioborový výzkum
Limity vědeckého přístupu+ Hierarchie konceptů
Oko nevidí samo sebe
Mezioborový výzkum
Pozn.: dendrochronologie vs. 14C, nezávislost metod a dat, datování půd, tautologie
Statistická vs. ekologická signifikance
aα/2 bα/2
dolní kritický bod horní kritický bod
obor nezamítnutí (přijetí) obor zamítnutí
(nepřijetí) obor zamítnutí
(nepřijetí)
hustota pravděpodobnosti náhodné veličiny, která funguje jako testové kritérium
α/2 α/2
Drápela
Statisticky nesignifikantní,Ekologicky (možná) signifikantní
Pozn.: Chyba 1. typu – test zamítne pravdivou H0, dendrochronologie
Vědecké studie se nutně nemusí shodovat ve výsledkuVědecký výsledek není dogma
Jan Švankmajer
Spolupůsobení a separace disturbančních faktorů
Přímý vliv člověka Vítr
Nepřímý vliv člověka
Ovlivnění vodou
Požáry
Kůrovec
(imise, zvěř aj.)
(těžba, hrabání steliva, úprava druhové skladby aj.)
Limity studovaných objektů
Pozn.: synergie a separace, experiment vs. observační studie
Vítr
Nepřímý vliv člověka
Ovlivnění vodou
Požáry
Kůrovec
„Pralesy“
Pozn.: oplocený Boubín, nenáhodný vliv člověka
(imise, zvěř aj.)
Fagaras Mts.Calimani Mts.Giumalau Mts.
Pop IvanJavornik Mts.
Bialowieza
Stuzica Horhany Mts.
+ USA (Michigan, Kentucky)
„přibývá pralesů, klesá vědecký rozvoj“
Velká Fatra
+ vědecké studie jiných týmů
3+2 stupně přirozenosti (kompromis pro aplikační použití):
- Původní (original, virgin)
- Přírodní (natural) Databanka přirozených lesů
- Přírodě blízký (near-natural) Old-growth Forests Databank
- Kulturní (cultural)
- Umělý (artificial)
original – without footprints of human impact, left to spontaneous developmentnatural – forest historically affected by human activities, left to spontaneous developmentnear-natural – forest affected by human activities, restoration management is acceptable but limited, some old-growth elements maintained
Mimo databanku
Hodnocení přirozenosti lesů
Pozn.: www.pralesy.cz
Proměnné určující stupeň přirozenosti lesů
Nejdůležitějším kritériem je impakt člověka
Zastoupení dřevin má sekundární význam (jinak v typologii)
Nedovoleno
Dovoleno
Vyplňování formuláře v každém lese
Vyhláška 64/2011Vrška et al.
Vrška et al.
Mapa přirozenosti lesů ČR
Vrška et al.
Mapa přirozenosti lesů ČR
Rozloha lesa v ČR 2 500 000 ha (33 % ČR)Přirozené lesy 30 000 ha (1.3 % lesů)
3%
28%
69%
original
natural
near-natural
- 490 lokalit o velikosti 10 až 1200 ha - 50% lokalit je v národních parcích- 30% lokalit je v chráněných krajinných oblastech - 530 ha (1,8%) není chráněno
900 ha
8 500 ha
20 500 ha
Vnitřní struktura databanky přirozených lesů ČR
Divočina vs. divokost
Historie osídlení člověkem
Neolite 5000-3000 BC
Bronze (partly Iron) age (1700-400 BC)
Nížiny
HoryKrkonoše v 18. století
Ukrajina, Horhany
Kde zůstaly přirozené lesy?
Kde zůstaly přirozené lesy?
Polonina – odlesněnoPaseno, hrabáno, selektivní těžbaPralesy??Selektivní těžba, vyklizení dead woodHoloseče
Ukrajina, Horhany
Jsou negativně vymezené fragmenty reprezentativní?
Jsou zbytky přirozených lesů reprezentativním prvkem krajiny?
Boubínský prales v roce 1850, před vichřicí 1870
Boubínský prales dnes
Pozn.: kůrovec na krajinné úrovni Šumavy
Celoplošně zkoumané „pralesy“V nížinách postrádáme „pralesy“
Mladší holocén – vývoj lesů bez člověka vs. utvářených člověkemOsídlení našeho území od neolitu
Pozn.: expanze JS
Celoplošně zkoumané „pralesy“V nížinách zcela postrádáme přirozená společenstva
Mladší holocén – vývoj lesů bez člověka vs. utvářených člověkemOsídlení našeho území od neolitu
+ dendrochronology etc.
Limity datových sadData před rokem 1970
+ dendrochronology etc.
Data před rokem 1970Limity datových sad
timbe
r vo
lum
e
m3
1000
500
250
0
750
0 200 300 400 years
100
phase of expiration1st cycle
2nd cycle
3rd cycle
time
Stage of Disintegration
Stage of Growth
Stage of Optimum
Stage of Disintegration
phase of regeneration
Stage of Growth
phase of expiration
(Korpel 1978,1995)
0
25
50
Přímý záznamModel (+ předpoklady)
Co jsou disturbance ?Časově jasně vymezené události, které narušují ekosystém, společenstvo nebo populační strukturu a mění dostupnost zdrojů nebo fyzikální prostředí (Pickett and White 1985).
Bez ohledu na to, zda jsou tyto změny pro systém „normální“ nebo nikoli (cf. perturbace).
Disturbance v temperátních lesích – „síla, která usmrtí nejméně jeden úrovňový strom“ (Pickett and White 1985).
Společenstvo lišejníků Lesní společenstvoVztahová proměnná – propojení působícího faktoru a narušovaného společenstva
Definice disturbance určitého společenstva je závislá na příslušné dimenzi společenstva (Allen and Starr 1982).(např. narušování lišejníků na kamenech se děje na úrovni 0.01 m2 několikrát za rok, tento disturbanční režim ale nevztahujeme k celému lesu).
Pozn.: sensitivita, síla větru vs. typ lesa
Škála vývratu
Škála lesního porostu
Škála krajiny
Prostorové škály disturbancí
Problém s přenášením dat mezi škálami studia a s validací předpokladů !
Žofín
Razula
TatryPozn. podzolizační efekt vývratů, dělení přednášek
Faktory zodpovědné za narušení
Exogenní Endogenní(mimo společenstvo) (uvnitř společenstva)
Klasické pojetí – přírodní disturbance jsou exogenní jevy. Vperiodě bez disturbancí probíhá sukcese řízená endogennímifaktory a probíhá autogeneze (teorie, podle které není směr a charakter vývojeurčován vlivem prostředí, ale vnitřními vlastnostmi organismu)
u „pralesů“ se klade důraz na stabilitu
Jak rozlišíme faktory exogenní a endogenní?
Jaké znáte exogenní resp. endogenní disturbance?
Disturbance a dynamika lesa
Ekosystém na cestě k oáze klidu – sukcesní pohledDisturbance vnímána jako diskrétní ukončení sukcese (reset the succession clock, Nemesis of succession) ve vymezeném prostoru v nějakém momentu.
Disturbance je něco málo frekventovaného a anomálního, co „nastartuje“ sukcesi, která pak trvá bez disturbancí.
Disturbance neovlivňuje podobu potenciální vegetace. Dominantní organismy jsou disturbancí odstraněny, ale časem se navracejí (stanoviště odpovídá nějakému druhu, který se sukcesí zase vrátí).
„Sukcesní pohled“ předpokládá dlouhodobou stabilitu prostředí – pokud jí odstraním, začne „zmatek“
Taková situace je v přírodě vzácná. Disturbance je přinejmenším stochastický (náhodný) prvek, ovlivňující složení společenstva a tím i jeho vývoj.
Disturbance = Nemesis of succession ?
Tradiční příklady primární sukcese (Cowles 1899, 1901)
1. Písečná duna → trávník → společenstva topolu kanadského → borová společenstva → dubová společenstva → klimaxové bučiny. Johnson and Miyanishi (2007)
Ale: je zřejmé, že postup sukcese je mnohdy primárně řízen změnou stanoviště
Pylové analýzy obvykle neukazují klasickou sukcesi, ale trvalou změnu
2. Glaciální till → společenstvo Dryas → společenstvo Epilobium → keřová společenstva → smrk sitka →
Ale: stejně staré duny mají velmi různá společenstva → společenstva se vyvíjejí v závislosti na disturbancích (Olson).
Korpeľ 1989, 1995
Malý a velký vývojový cyklus lesa
Model malého vývojového cyklu(Korpel 1978, 1995)
timbe
r vol
ume
m3
1000
500
250
0
750
0 200 300 400 years
100
phase of expiration1st cycle
2nd cycle
3rd cycle
time
Stage of Disintegration
Stage of Growth
Stage of Optimum
Stage of Disintegration
phase of regeneration
Stage of Growth
phase of expiration
(Korpel 1978,1995)
0
25
50
m
Pozn: BK vs. JD
Jak dnešní poznání limituje paradigma konceptu potenciální vegetace?
zlomit vs. vyvrátit
Půdní kryt stržený vývratem
Fagaraš, Rumunsko
Stolové hory, Polsko
Orkán Kyrill (18.-19. 1. 2007) Skokové změny v zastoupení dřevin Orkán podpořil dominanci buku a
akcesorické, sukcesně ranné druhy Samovolně se vyvíjející systém
přestává vyhovovat náplni typologických jednotek
Šamonil P., Doleželová P., Vašíčková I., Adam D., Valtera M., Král K., Janík D., Šebková. Online First. Individual-based approach to the detection of disturbance history through spatial scales in a natural beech-dominated forest. J. Veg. Sci.
Představa konvergentní evoluce obecně neplatí, vývoj může být opačný – divergentní, tzn. rozdíly se prohlubují a nikoli zahlazují, variabilita roste
Stolové hory, PolskoVýznam roste s délkou časového horizontu a ve
specifických systémech (vápencové, pískovcové oblasti)
Divergentní evoluceStromy signifikantně preferují
hlubší půdy a intenzifikací zvětrávání dále zvyšují jejich
mocnost
Krasové a pískovcové oblasti, Datované říční terasyča
s
Photo: Phillips
Provázanost biologické složky a prostředí s mnoha zpětnými vazbami
Geomorfologie -> biogeomorfologie -> eko-evoluční dynamika
Význam roste s délkou časového horizontu
Dynamika ekosystému (ne jen vegetace)
Globální ekologická pravidla
Lokální historická kontingence
(vztah k nadmořské výšce, sklonu aj.) (disturbanční historie, land use aj.)
Disturbanční režim, terminologie
Vlastnosti disturbancí ??
Popis disturbančního režimu
Distribuce (=distribution) – včetně vazby k topografii apod.
Frekvence (= frequency) – počet událostí v časové periodě
Čas návratu (= return interval) – inverzní údaj k frekvenci
Rotační perioda (= rotation period) – doba potřebná k disturbanci celého území odpovídající velikostí studijní ploše
Velikost disturbance (= area, size) – disturbovaná plocha
Intensity (= intensity) – síla události na plochu v čase
Tvrdost (= severity) – dopad na společenstvo a organismy
Synergický efekt (= synergism) – spolupůsobení s jinou disturbancí
Může mít jedno území různé rotační periody pro různé typy disturbancí?
Shrnutí
Přirozené lesy zaujímají v ČR ca 1,3 % plochy lesů. Vývoj přirozených lesů je nepřímo a mnohdy i přímo (historicky) ovlivněn člověkem Přirozené lesy nereprezentují dobře krajinu ČR Při extrapolaci a interpretaci dat – nutné předpoklady Obtížný přenos vědeckých výsledků mezi prostorovými škálami a obtížné oddělení disturbančních faktorů Disturbance mají charakteristický prostorový a časový rámec Disturbance mají nějaké vlastnosti Lesnická data ke studiu disturbancí jsou často krátká Je třeba validovat výsledky mezioborovým porovnáním a diskuzí
Recommended